Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, tự động hóa đóng vai trò then chốt nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo độ chính xác của sản phẩm và cắt giảm chi phí nhân công. Tại các nhà máy sản xuất mặt hàng hộp nhựa tái sử dụng phục vụ bảo quản thực phẩm và đồ dùng sinh hoạt, quy trình công nghệ đòi hỏi phôi sau khi ép khuôn và làm nguội phải qua công đoạn kiểm tra kích thước trước khi chuyển sang các khâu gia công tiếp theo.
Thực tế sản xuất cho thấy, công đoạn kiểm tra và phân loại thủ công bằng sức người có tính chất lặp lại đơn điệu, dễ phát sinh nhầm lẫn hoặc suy giảm sự tập trung về cuối ca làm việc. Mắt thường khó nhận biết chính xác các sai lệch nhỏ về chiều cao, dẫn đến việc lọt sản phẩm không đạt chuẩn kích thước, gây lãng phí vật tư và thời gian ở các công đoạn sau. Xuất phát từ thực trạng đó, đề tài "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán tự động hóa khâu phân loại phôi hộp nhựa.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về các nguyên lý và phương pháp phân loại sản phẩm tự động trong công nghiệp.
- Tính toán, lựa chọn các phần tử dẫn động, cơ cấu cơ khí và cơ cấu chấp hành: chọn động cơ điện, tính toán động học và động lực học băng tải, tính toán bộ truyền xích ngoài, thiết kế kết cấu trục tang dẫn, kiểm nghiệm then và ổ lăn.
- Tính toán và xác lập các thông số làm việc của hệ thống cấp phôi tự động và hệ thống cơ cấu đẩy pít tông khí nén.
- Thiết kế kết cấu chi tiết, xây dựng bản vẽ lắp cụm và mô phỏng nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống băng chuyền cơ khí kết hợp khí nén và cảm biến quang học dùng để phân loại sản phẩm dạng khối hộp theo 3 mức chiều cao xác định ($18\text{ cm}$, $21\text{ cm}$ và $25\text{ cm}$). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán thiết kế cơ khí, lựa chọn linh kiện tiêu chuẩn và mô phỏng hoạt động của hệ thống với năng suất định mức $30\text{ sản phẩm/phút}$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đề tài vận dụng hệ thống lý thuyết tính toán thiết kế chi tiết máy và hệ thống dẫn động cơ khí truyền thống, kết hợp các công thức chuyên ngành về truyền động khí nén và cảm biến quang điện:
- Cơ sở tính toán cơ khí: Sử dụng công thức Ơ-le (Euler-Eytelwein) để kiểm tra điều kiện ma sát truyền lực giữa dây băng và tang dẫn; phương pháp phân tích lực cản từng đoạn đặc trưng trên đường đi của băng tải; phương pháp tính toán độ bền mỏi và độ bền tĩnh của trục theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất và thuyết bền năng lượng biến dạng hình dáng biến đổi (TNBĐHD); tiêu chuẩn TCVN 1766-75 về vật liệu thép C45.
- Cơ sở tính toán khí nén: Phương pháp cân bằng lực áp suất và lực cản ma sát chuyển động của pít tông khí nén tác động đơn/kép có tính đến hệ số hiệu dụng $\mu$ và lực cản ma sát tĩnh cực đại $P_{\text{msmax}}$.
- Phương pháp nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết giải tích kết hợp tra cứu số liệu tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp từ các tài liệu chuyên khảo về chi tiết máy, động cơ điện, ổ lăn và thiết bị khí nén tiêu chuẩn (nhà sản xuất SMC); kết hợp phương pháp thiết kế đồ họa 3D và mô phỏng động học nguyên lý làm việc.
Nguồn thông số đầu vào phục vụ tính toán gồm:
- Kích thước hình học sản phẩm: Dạng lập phương với 3 cấp chiều cao $h_1 = 18\text{ cm}$, $h_2 = 21\text{ cm}$, $h_3 = 25\text{ cm}$.
- Trọng lượng sản phẩm: $Q_{\min} = 0{,}5\text{ kg}$; $Q_{\max} = 7{,}0\text{ kg}$ (tính toán băng tải) và $5{,}0\text{ kg}$ (tính chọn pít tông).
- Năng suất làm việc định mức: $N = 30\text{ sản phẩm/phút}$.
- Kết cấu đỡ: Dây băng tải PVC 2 lớp bố trượt trên khung thép không gỉ (Inox), hệ số ma sát giữa phôi và mặt băng tải $f = 0{,}3$.
Thiết kế và tính toán hệ thống kỹ thuật
Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc dây chuyền tự động liên hoàn gồm 4 cụm chức năng chính: cụm cấp phôi tự động, cụm băng tải dẫn động, cụm cảm biến nhận diện chiều cao và cụm phân loại sản phẩm bằng khí nén.
Thùng loại 1 Thùng loại 2/3
Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật then chốt đã được tính toán và xác lập cho toàn hệ thống:
| Cụm chức năng / Chi tiết |
Thông số thiết kế |
Giá trị tính toán / Tiêu chuẩn lựa chọn |
Đơn vị |
| Băng tải |
Chiều dài ($L$) $\times$ Chiều rộng ($b$) |
$1500 \times 400$ |
$\text{mm}$ |
|
Chiều dày dây băng ($\delta$) / Vật liệu |
$3$ / PVC 2 lớp bố ($\rho = 1450\text{ kg/m}^3$) |
$\text{mm}$ |
|
Vận tốc chuyển động băng ($v$) |
$0{,}1875$ |
$\text{m/s}$ |
|
Số sản phẩm tối đa trên băng tải |
$4$ (khoảng cách giữa các phôi $x = 100\text{ mm}$) |
sản phẩm |
|
Lực kéo tiếp tuyến ($F_t$) / Lực căng ban đầu ($F_0$) |
$89{,}71$ / $102{,}13$ |
$\text{N}$ |
|
Ứng suất kéo dây băng ($\sigma_{\text{bt}}$) |
$0{,}22$ (thỏa mãn $[\sigma_a] = 8\text{ N/mm}^2$) |
$\text{N/mm}^2$ |
| Động cơ & Dẫn động |
Công suất làm việc trên trục tang ($P_{\text{lv}}$) |
$0{,}0168$ |
$\text{kW}$ |
|
Hiệu suất chung hệ thống ($\eta$) |
$0{,}92$ |
- |
|
Công suất cần thiết động cơ ($P_{\text{ct}}$) |
$0{,}0183$ |
$\text{kW}$ |
|
Model động cơ điện được chọn |
4A50A4Y3 ($P = 0{,}06\text{ kW}$, $n = 1378\text{ vg/ph}$) |
- |
|
Tỉ số truyền: Hộp giảm tốc ($u_{\text{hgt}}$) / Xích ($u_x$) |
$19$ / $3$ (Tỉ số truyền chung $u_c = 57$) |
- |
|
Số vòng quay trục tang dẫn ($n_{\text{lv}}$) |
$23{,}87$ |
$\text{vòng/phút}$ |
| Bộ truyền xích ngoài |
Loại xích / Bước xích ($p$) |
Xích ống con lăn đơn / $12{,}7$ |
$\text{mm}$ |
|
Số răng đĩa xích dẫn ($z_1$) / đĩa bị dẫn ($z_2$) |
$23$ / $69$ (Vật liệu Thép C45) |
răng |
|
Khoảng cách trục ($a$) / Số mắt xích ($x$) |
$355{,}5$ / $108$ |
$\text{mm}$ / mắt |
|
Đường kính vòng chia đĩa dẫn ($d_1$) / bị dẫn ($d_2$) |
$93{,}26$ / $279{,}03$ |
$\text{mm}$ |
|
Lực tác dụng lên trục ($F_r$) |
$61{,}89$ |
$\text{N}$ |
| Trục tang dẫn & Ổ lăn |
Đường kính tang chủ động ($D_{\text{tang}}$) |
$80$ ($0{,}08\text{ m}$) |
$\text{mm}$ |
|
Đường kính các đoạn trục ($D_A / D_B / D_C / D_D$) |
$20$ / $22$ / $20$ / $18$ (Thép C45 tôi cải thiện) |
$\text{mm}$ |
|
Then bằng tại tiết diện C ($b \times h \times l$) |
$6 \times 6 \times 14$ ($\sigma_d = 12{,}7\text{ MPa} \le 150\text{ MPa}$) |
$\text{mm}$ |
|
Kiểm nghiệm mỏi ($s$) / Ứng suất tương đương ($\sigma_{\text{tđ}}$) |
Thỏa mãn ($s > [s] = 1{,}5$) / $27{,}02\text{ MPa} \le [\sigma]$ |
$\text{MPa}$ |
|
Ký hiệu ổ bi đỡ 1 dãy được chọn |
1000904 ($d=20, D=37, B=9\text{ mm}$, $L_h = 10000\text{ h}$) |
- |
| Hệ thống khí nén |
Pít tông phân loại và cấp phôi |
SMC CDM2B20-250Z (Thân nhôm dòng CM2) |
- |
|
Đường kính nòng ($D$) / Cần pít tông ($d$) |
$20$ / $14$ |
$\text{mm}$ |
|
Hành trình làm việc ($H$) / Tốc độ đẩy ($V_{\text{pt}}$) |
$250$ / $500$ |
$\text{mm}$ / $\text{mm/s}$ |
|
Áp suất khí nén làm việc ($p_1$) / Chu kỳ đẩy ($T$) |
$8\text{ bar}$ ($8 \cdot 10^5\text{ N/m}^2$) / $1{,}0$ |
$\text{bar}$ / $\text{s}$ |
| Cảm biến nhận diện |
Model cảm biến quang điện |
E3F-DS10C4 (Phản xạ khuếch tán, ngõ ra NPN) |
- |
|
Khoảng cách phát hiện / Điện áp nguồn cấp |
$100$ / $6 - 36\text{ VDC}$ |
$\text{mm}$ / $\text{V}$ |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm
Chương 1 hệ thống hóa khái niệm và vai trò của khâu phân loại trong sản xuất công nghiệp, đồng thời so sánh 5 phương pháp phân loại tự động phổ biến:
- Phân loại theo kích thước (chiều cao, chiều dài): Sử dụng cảm biến quang/hồng ngoại kết hợp bộ điều khiển để nhận diện; phù hợp cho dây chuyền đóng chai, đóng hộp.
- Phân loại theo khối lượng: Dùng cảm biến tải trọng (loadcell) để cân định lượng trong sản xuất xi măng, phân bón, bao bì đóng gói.
- Phân loại theo màu sắc: Dùng cảm biến quang màu nhận biết dải màu riêng biệt trong công nghiệp nhuộm, may mặc.
- Phân loại theo hình ảnh: Dùng camera chụp và so sánh với ảnh mẫu, ứng dụng phân loại gạch granit và chi tiết ngoại quan.
- Phân loại theo mã vạch: Dùng đầu đọc quang học xử lý mã định danh, thường dùng cho linh kiện cơ khí chính xác.
Tác giả xác định nguyên lý làm việc tổng quát của hệ thống thiết kế qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1 (Nhận biết đặc tính): Động cơ truyền động kéo băng tải mang phôi chuyển động qua cụm 3 cảm biến quang đặt so le theo phương thẳng đứng ứng với 3 ngưỡng chiều cao ($18\text{ cm}$, $21\text{ cm}$, $25\text{ cm}$). Khi vật thể cắt chùm sáng, tín hiệu logic được gửi về bộ xử lý.
- Giai đoạn 2 (Đẩy phôi vào thùng): Căn cứ vào tín hiệu cảm biến kích hoạt, bộ điều khiển cấp lệnh đóng mở van điện từ khí nén, kích hoạt pít tông tương ứng đẩy sản phẩm rơi vào đúng thùng chứa quy định.
Chương 2: Các thành phần cơ bản của hệ thống
Chương này đi sâu phân tích cấu tạo, nguyên lý và tiêu chí lựa chọn từng cụm chi tiết cơ bản:
- Băng tải PVC: Lựa chọn loại băng tải PVC 2 lớp bố (mặt trên trơn, mặt dưới bố) nhờ kết cấu gọn nhẹ, độ bền cao, chi phí thấp, thích hợp tải trọng nhẹ.
- Bộ truyền xích: Sử dụng xích ống con lăn để dẫn động từ hộp giảm tốc tới trục tang băng tải nhờ ưu điểm tỉ số truyền ổn định, không trượt, hiệu suất đạt tới $98%$, giảm tải trọng uốn tác dụng lên trục so với bộ truyền đai.
- Pít tông và van khí nén: Phân tích kết cấu pít tông đơn và pít tông kép. Đồ án lựa chọn pít tông khí nén tác động đơn/kép kết hợp van điện từ đảo chiều $3/2$ và $5/2$ để điều khiển hướng khí nén với tốc độ đáp ứng nhanh.
- Cảm biến quang E3F-DS10C4: Lựa chọn cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán, ngõ ra NPN tiếp điểm thường mở, vỏ nhựa ABS đường kính $18\text{ mm}$, cự ly phát hiện $100\text{ mm}$, thời gian đáp ứng tối đa $2\text{ ms}$, dải nhiệt độ làm việc rộng từ $-25^\circ\text{C}$ đến $55^\circ\text{C}$.
- Động cơ dẫn động: So sánh các loại động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ và động cơ điện một chiều (DC). Động cơ DC được lựa chọn cho mô hình nhờ đặc tính mô-men khởi động lớn, cấu tạo đơn giản và khả năng điều chỉnh vận tốc linh hoạt.
Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống
Đây là chương trọng tâm chứa toàn bộ các phép tính động học, động lực học và thiết kế kết cấu:
- Tính toán động học và lực căng băng tải:
- Xác định vận tốc băng tải $v = 0{,}1875\text{ m/s}$ tương ứng năng suất $30\text{ sp/ph}$.
- Xác định lực cản trên các đoạn: lực cản nhánh không tải $W_{0/1} = 2{,}76\text{ N}$; lực cản trên tang bị động đổi hướng $W_{1/2} = 1{,}797\text{ N}$; lực cản nhánh có tải $W_{2/3} = 85{,}16\text{ N}$.
- Tổng lực kéo tiếp tuyến $F_t = 89{,}71\text{ N}$; lực căng ban đầu của dây băng $F_0 = 102{,}13\text{ N}$.
- Kiểm nghiệm bền kéo dây băng: $\sigma_{\text{bt}} = 0{,}22\text{ N/mm}^2 \le [\sigma_a] = 8\text{ N/mm}^2$.
- Chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền:
- Công suất trục công tác $P_{\text{lv}} = 0{,}0168\text{ kW}$, hiệu suất hệ thống $\eta = 0{,}92$, công suất cần thiết $P_{\text{ct}} = 0{,}0183\text{ kW}$.
- Chọn động cơ 4A50A4Y3 có công suất định mức $0{,}06\text{ kW}$, tốc độ $n_{\text{đc}} = 1378\text{ vg/ph}$. Phân phối tỉ số truyền: hộp giảm tốc $u_{\text{hgt}} = 19$, bộ truyền xích $u_x = 3$ (tổng tỉ số truyền $u_c = 57$), tốc độ trục tang $n_{\text{lv}} = 23{,}87\text{ vg/ph}$.
- Tính toán bộ truyền xích con lăn:
- Chọn bước xích $p = 12{,}7\text{ mm}$, số răng đĩa nhỏ $z_1 = 23$, đĩa lớn $z_2 = 69$.
- Khoảng cách trục $a = 355{,}5\text{ mm}$, số mắt xích $x = 108$.
- Đường kính vòng chia đĩa xích: $d_1 = 93{,}26\text{ mm}$, $d_2 = 279{,}03\text{ mm}$; đường kính vòng đỉnh: $d_{a1} = 98{,}75\text{ mm}$, $d_{a2} = 285{,}71\text{ mm}$. Lực tác dụng lên trục $F_r = 61{,}89\text{ N}$.
- Tính toán trục tang dẫn động, then và ổ lăn:
- Đường kính tang dẫn chọn $D_{\text{tang}} = 80\text{ mm}$. Mô-men xoắn trên trục $T = 8001{,}67\text{ Nmm}$.
- Xác định phản lực liên kết gối đỡ: $F_{Ax} = -10{,}49\text{ N}$, $F_{Cx} = 72{,}38\text{ N}$, $F_{Ay} = F_{Cy} = 102{,}13\text{ N}$.
- Xác định đường kính trục tại các tiết diện lắp ráp: $D_A = D_C = 20\text{ mm}$ (ngõng trục lắp ổ lăn), $D_B = 22\text{ mm}$ (thân trục lắp tang), $D_D = 18\text{ mm}$ (đầu trục lắp đĩa xích).
- Kiểm nghiệm bền then bằng tại tiết diện C ($b \times h \times l = 6 \times 6 \times 14\text{ mm}$): ứng suất dập $\sigma_d = 12{,}7\text{ MPa} \le [\sigma_d] = 150\text{ MPa}$; ứng suất cắt $\tau_c = 4{,}23\text{ MPa} \le [\tau_c] = 60\text{ MPa}$.
- Kiểm nghiệm bền mỏi và bền tĩnh trục: hệ số an toàn tại các tiết diện đều thỏa mãn $s \ge [s] = 1{,}5$; ứng suất tương đương cực đại $\sigma_{\text{tđ}} = 27{,}02\text{ MPa} \le [\sigma_{\text{ch}}] = 340\text{ MPa}$.
- Chọn ổ bi đỡ 1 dãy ký hiệu 1000904 ($d=20\text{ mm}, D=37\text{ mm}, B=9\text{ mm}$), khả năng tải động tính toán $C_d = 0{,}2\text{ kN} < C = 5{,}14\text{ kN}$, khả năng tải tĩnh $Q_0 = 0{,}075\text{ kN} < C_0 = 3{,}12\text{ kN}$, đảm bảo tuổi thọ $L_h = 10000\text{ giờ}$.
- Tính toán hệ thống khí nén và cấp phôi:
- Lực ma sát tĩnh lớn nhất của phôi: $P_{\text{msmax}} = f \cdot P_{\max} \cdot g = 0{,}3 \cdot 5 \cdot 9{,}81 = 14{,}72\text{ N}$.
- Áp suất nguồn cấp $p_1 = 8\text{ bar}$, tính toán đường kính nòng yêu cầu $D \ge 6{,}8\text{ mm}$. Chọn xi lanh tiêu chuẩn SMC CDM2B20-250Z có đường kính nòng $D = 20\text{ mm}$, đường kính cần $d = 14\text{ mm}$, hành trình $H = 250\text{ mm}$.
- Vận tốc pít tông $V_{\text{pt}} = 500\text{ mm/s}$, thời gian hành trình đẩy và lùi $T = 1{,}0\text{ s}$.
Chương 4: Xây dựng bản vẽ hệ thống
Chương 4 hoàn thiện hồ sơ thiết kế thông qua việc thiết lập các bản vẽ kỹ thuật chi tiết cơ khí (trục, tang băng tải, khung sườn, đồ gá cảm biến, giá đỡ pít tông khí nén) và bản vẽ lắp tổng thể hệ thống; đồng thời thực hiện mô phỏng chuyển động động học để kiểm tra độ tương thích không gian và nguyên lý phân loại của các cơ cấu.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung thiết kế kỹ thuật của một hệ thống cơ điện tử phân loại sản phẩm:
- Kết quả tính toán kỹ thuật: Xác lập bộ thông số đồng bộ từ khâu dẫn động động cơ ($0{,}06\text{ kW}$), bộ truyền giảm tốc và bộ truyền xích ($p = 12{,}7\text{ mm}, u_c = 57$), hệ thống kết cấu trục tang và băng tải PVC ($v = 0{,}1875\text{ m/s}$), đến cụm chấp hành khí nén SMC CDM2B20-250Z ($D=20\text{ mm}, H=250\text{ mm}$) và cảm biến quang E3F-DS10C4. Mọi chi tiết cơ khí đều được kiểm nghiệm đạt chuẩn bền theo TCVN.
- Giải pháp công nghệ: Đề xuất mô hình tự động hóa khép kín từ khâu cấp phôi từ thùng chứa bằng pít tông định thời, vận chuyển liên tục trên băng tải, nhận diện không tiếp xúc qua 3 tầng cảm biến quang học và phân loại phôi bằng 3 cụm tay đẩy khí nén vào các thùng chứa chuyên biệt với năng suất $30\text{ sp/phút}$.
- Đóng góp của đồ án: Hệ thống hóa phương pháp tính toán thiết kế chi tiết máy truyền thống kết hợp ứng dụng thiết bị điều khiển khí nén hiện đại; đưa ra phương án kết cấu nhỏ gọn, sử dụng vật tư linh kiện thông dụng, dễ gia công, lắp ráp và thay thế sửa chữa trong điều kiện thực tế của doanh nghiệp vừa và nhỏ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Đồ án dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết, thiết kế bản vẽ và mô phỏng nguyên lý, chưa chế tạo mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh để đánh giá độ trễ khí nén và rung động thực tế của băng chuyền khi tải trọng thay đổi đột ngột.
- Hệ thống điều khiển mới dừng ở mức mô tả nguyên lý kích hoạt van điện từ qua cảm biến, chưa xây dựng chương trình điều khiển tích hợp trên PLC công nghiệp hoặc vi điều khiển chuyên dụng.
- Cơ chế nhận diện chiều cao bằng cảm biến quang cơ bản chỉ áp dụng hiệu quả với phôi khối hộp có biên dạng cố định, chưa phân loại được các sản phẩm có hình dạng phức tạp hoặc bề mặt phản xạ ánh sáng đặc biệt.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Lập trình điều khiển tích hợp hệ thống sử dụng PLC (như Siemens S7-1200) hoặc vi điều khiển để tối ưu hóa thời gian trễ đóng mở van khí nén.
- Tích hợp thêm camera xử lý ảnh (Machine Vision) và cảm biến màu sắc/mã vạch để mở rộng khả năng phân loại đa tiêu chí (kích thước, màu sắc, khuyết tật bề mặt).
- Chế tạo mô hình thực nghiệm và đo kiểm thực tế các chỉ tiêu động học và độ tin cậy của hệ thống.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tư liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Cơ điện tử, Tự động hóa và Chế tạo máy:
- Phần tính toán băng chuyền và chi tiết máy (Chương 3): Cung cấp đầy đủ trình tự và công thức mẫu về tính toán lực cản băng tải, phân phối tỉ số truyền, tính toán bộ truyền xích, thiết kế trục chịu tải trọng phức hợp, tính chọn then và ổ lăn đỡ theo tiêu chuẩn TCVN.
- Phần tính chọn thiết bị khí nén và cảm biến (Chương 2 & 3): Cung cấp phương pháp xác định lực đẩy xi lanh, tính áp suất làm việc và quy trình lựa chọn cảm biến quang công nghiệp, hỗ trợ trực tiếp cho các đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Thiết kế hệ thống cơ khí hoặc Đồ án tốt nghiệp hệ cơ điện tử.
Câu hỏi thường gặp
1. Hệ thống sử dụng phương pháp nào để nhận biết các cấp chiều cao khác nhau của sản phẩm?
Hệ thống sử dụng phương pháp nhận diện quang học không tiếp xúc với 3 cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán model E3F-DS10C4. Ba cảm biến này được lắp đặt ở các độ cao tương ứng với 3 mức kích thước của phôi ($18\text{ cm}$, $21\text{ cm}$ và $25\text{ cm}$). Khi phôi di chuyển qua, chùm tia sáng phát ra từ cảm biến bị chặn và phản xạ lại bộ thu, kích hoạt tín hiệu ngõ ra NPN gửi về bộ điều khiển.
2. Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động băng tải được phân bổ như thế nào?
Tổng tỉ số truyền của hệ thống là $u_c = 57$, được phân phối qua 2 cấp: cấp giảm tốc thứ nhất qua hộp giảm tốc hai cấp với tỉ số truyền $u_{\text{hgt}} = 19$, và cấp giảm tốc thứ hai qua bộ truyền xích ống con lăn ngoài với tỉ số truyền $u_x = 3$ ($z_1 = 23\text{ răng}$, $z_2 = 69\text{ răng}$). Cơ cấu này giúp giảm tốc độ từ $1378\text{ vg/ph}$ của động cơ xuống còn $23{,}87\text{ vg/ph}$ trên trục tang dẫn băng tải.
3. Vì sao tác giả lựa chọn xi lanh khí nén SMC CDM2B20-250Z cho cơ cấu đẩy sản phẩm?
Dựa trên tính toán, lực ma sát lớn nhất cần thắng khi đẩy phôi nặng $5\text{ kg}$ trên mặt băng tải là $P_{\text{msmax}} = 14{,}72\text{ N}$. Ở áp suất nguồn $8\text{ bar}$, đường kính trong yêu cầu của xi lanh chỉ cần $D \ge 6{,}8\text{ mm}$. Tác giả chọn xi lanh tiêu chuẩn SMC CDM2B20-250Z có đường kính nòng $D = 20\text{ mm}$ (vượt xa yêu cầu chịu lực), đường kính cần $d = 14\text{ mm}$, hành trình $H = 250\text{ mm}$ và vận tốc đẩy $500\text{ mm/s}$, vừa đảm bảo đẩy dứt khoát phôi ra khỏi lòng băng tải rộng $400\text{ mm}$, vừa hoàn thành chu trình kép chỉ trong $1{,}0\text{ s}$.
4. Dây băng tải PVC và trục tang chủ động được kiểm nghiệm độ bền như thế nào?
Dây băng PVC dày $3\text{ mm}$ chịu lực căng tiếp tuyến $F_t = 89{,}71\text{ N}$, sinh ra ứng suất kéo $\sigma_{\text{bt}} = 0{,}22\text{ N/mm}^2$, nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép $[\sigma_a] = 8\text{ N/mm}^2$. Trục tang dẫn (thép C45 tôi cải thiện, đường kính ngõng trục $20\text{ mm}$, thân trục $22\text{ mm}$, đầu trục $18\text{ mm}$) được kiểm nghiệm bền mỏi với hệ số an toàn tại các tiết diện đều lớn hơn $[s] = 1{,}5$ và ứng suất tương đương cực đại $\sigma_{\text{tđ}} = 27{,}02\text{ MPa}$ nhỏ hơn giới hạn chảy cho phép của vật liệu.
Kết luận
Đồ án "Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao" của sinh viên Trần Khắc Đức đã hoàn thành toàn diện việc tính toán, thiết kế và mô phỏng một dây chuyền phân loại phôi tự động đạt năng suất $30\text{ sản phẩm/phút}$. Công trình kết hợp chặt chẽ giữa tính toán động lực học cơ khí chi tiết máy truyền thống với công nghệ điều khiển khí nén và cảm biến quang điện hiện đại. Các kết quả tính toán đều được kiểm nghiệm thỏa mãn điều kiện bền và khả năng làm việc theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, mang lại giá trị tham khảo thực tiễn cao cho việc nghiên cứu và triển khai các hệ thống cơ điện tử tương tự.
